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O ALMA e o VLA observaram mais de 300 protoestrelas e seus jovens discos protoplanetários em Orion. Esta imagem mostra um subconjunto de estrelas, incluindo alguns binários. Os dados do ALMA e do VLA se complementam: o ALMA vê a estrutura externa do disco (visualizada em azul) e o VLA observa os discos internos e os núcleos em estrela (laranja). Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), J. Tobin; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Uma equipe internacional de astrônomos usou dois dos radiotelescópios mais poderosos do mundo para criar mais de trezentas imagens de discos formadores de planetas em torno de estrelas muito jovens nas nuvens Orion. Essas imagens revelam novos detalhes sobre os locais de nascimento dos planetas e os estágios iniciais da formação estelar.
A maioria das estrelas do universo é acompanhada de planetas. Esses planetas nascem em anéis de poeira e gás, chamados discos protoplanetários. Mesmo estrelas muito jovens estão cercadas por esses discos. Os astrônomos querem saber exatamente quando esses discos começam a se formar e como eles são. Mas as estrelas jovens são muito fracas e há densas nuvens de poeira e gás em torno delas em viveiros estelares. Somente arranjos de radiotelescópios altamente sensíveis podem detectar os pequenos discos ao redor dessas estrelas infantis em meio ao material densamente compactado nessas nuvens.
Para esta nova pesquisa, os astrônomos apontaram tanto a Matriz Muito Grande (VLA), Karl G. Jansky, da National Science Foundation, quanto a Matriz Grande Milímetro / submilímetro Atacama (ALMA), para uma região no espaço em que nascem muitas estrelas: as Nuvens Moleculares de Orion. Esta pesquisa, chamada VLA / ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM), é a maior pesquisa sobre estrelas jovens e seus discos até o momento.
Estrelas muito jovens, também chamadas protoestrelas, se formam em nuvens de gás e poeira no espaço. O primeiro passo na formação de uma estrela é quando essas nuvens densas colapsam devido à gravidade. À medida que a nuvem entra em colapso, ela começa a girar - formando um disco achatado em torno da protoestrela . O material do disco continua alimentando a estrela e fazendo-a crescer. Eventualmente, o material restante no disco deve formar planetas.
Muitos aspectos sobre esses primeiros estágios da formação estelar e como o disco se forma ainda não são claros. Mas essa nova pesquisa fornece algumas pistas ausentes, pois o VLA e o ALMA espiaram através das nuvens densas e observaram centenas de protoestrelas e seus discos em vários estágios de sua formação.
As nuvens moleculares Orion, o alvo da pesquisa da VANDAM. Pontos amarelos são os locais dos protoestrelas observados em uma imagem de fundo azul feita por Herschel. Os painéis laterais mostram nove protoestrelas jovens fotografadas por ALMA (azul) e VLA (laranja). Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), J. Tobin; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello; Herschel / ESA
Jovens discos formadores de planetas
"Esta pesquisa revelou a massa e o tamanho médios desses discos protoplanetários muito jovens ", disse John Tobin, do Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO), em Charlottesville, Virgínia, e líder da equipe de pesquisa. "Agora podemos compará-los com discos mais antigos que também foram estudados intensivamente com o ALMA".
O que Tobin e sua equipe descobriram é que discos muito jovens podem ter tamanho semelhante, mas são, em média, muito mais massivos que os discos mais antigos. "Quando uma estrela cresce, ela consome cada vez mais material do disco. Isso significa que os discos mais jovens têm muito mais matéria-prima da qual os planetas poderiam se formar. Planetas possivelmente maiores já começam a se formar em torno de estrelas muito jovens ".
Quatro protoestrelas especiais
Entre centenas de imagens de pesquisa, quatro protoestrelas pareciam diferentes das demais e chamaram a atenção dos cientistas. "Essas estrelas recém-nascidas pareciam muito irregulares e desajeitadas", disse Nicole Karnath, membro da equipe da Universidade de Toledo, Ohio (agora no SOFIA Science Center). "Acreditamos que eles estejam em um dos estágios iniciais da formação estelar e alguns ainda nem tenham se transformado em protoestrelas".
O esquema mostra uma via proposta (linha superior) para a formação de protoestrelas, com base em quatro protoestrelas muito jovens (linha inferior) observadas pelo VLA (laranja) e ALMA (azul). O passo 1 representa o fragmento em colapso de gás e poeira. Na etapa 2, uma região opaca começa a se formar na nuvem. Na etapa 3, um núcleo hidrostático começa a se formar devido a um aumento na pressão e temperatura, cercado por uma estrutura semelhante a um disco e o início de um fluxo de saída. A Etapa 4 descreve a formação de uma protoestrela de classe 0 dentro da região opaca, que pode ter um disco com suporte rotacional e saídas mais bem definidas. A Etapa 5 é uma protoestrela típica da classe 0 com saídas que romperam o envelope (tornando-o opticamente visível), um disco com rotação ativa e com acumulação ativa. Na linha inferior, os contornos brancos são as saídas da protoestrela como vistas no ALMA. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), N. Karnath; NRAO / AUI / NSF, B. Saxton e S. Dagnello
É especial que os cientistas tenham encontrado quatro desses objetos. "Raramente encontramos mais de um objeto irregular em uma observação", acrescentou Karnath, que usou essas quatro estrelas infantis para propor um caminho esquemático para os estágios iniciais da formação de estrelas. "Não sabemos ao certo quantos anos têm, mas provavelmente têm menos de dez mil anos."
Para ser definida como uma protoestrela típica (classe 0), as estrelas não devem apenas ter um disco rotativo achatado em torno delas, mas também uma vazão - expelindo material em direções opostas - que limpa a densa nuvem em torno das estrelas e as torna opticamente visíveis. Esse fluxo é importante, porque impede que as estrelas fiquem fora de controle enquanto crescem. Mas quando exatamente essas saídas começam a acontecer, é uma questão em aberto na astronomia.
Uma das estrelas infantis deste estudo, chamada HOPS 404, tem uma vazão de apenas dois quilômetros (1,2 milhas) por segundo (uma vazão protostar típica de 10-100 km / s ou 6-62 milhas / s). "É um grande sol inchado que ainda está acumulando muita massa, mas apenas começou sua saída para perder momento angular para poder continuar crescendo", explicou Karnath. "Este é um dos menores fluxos de produção que vimos e apóia nossa teoria de como é o primeiro passo na formação de uma protoestrela".
Combinando ALMA e VLA
A excelente resolução e sensibilidade fornecidas pelo ALMA e pelo VLA foram cruciais para entender as regiões externa e interna dos protoestrelas e seus discos nesta pesquisa. Embora o ALMA possa examinar o material denso e empoeirado ao redor de protoestrelas em grande detalhe, as imagens do VLA feitas com comprimentos de onda maiores foram essenciais para entender as estruturas internas dos protoestrelas mais jovens em escalas menores que o nosso sistema solar.
"O uso combinado do ALMA e do VLA nos deu o melhor dos dois mundos", disse Tobin. "Graças a esses telescópios, começamos a entender como começa a formação do planeta".
Explorar mais
Mais informações: John J. Tobin et al, The VLA / ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM) Survey of Orion Protostars. II Uma caracterização estatística de discos protostelares de classe 0 e classe I, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ab6f64
N. Karnath et al. Detecção de estruturas opacas e submilimétricas irregulares nas nuvens moleculares de Órion: Protostars a menos de 10.000 anos de formação ?, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ab659e
Informações do periódico: Astrophysical Journal
Fornecido pelo Observatório Nacional de Radioastronomia
Fonte:
NASA / pelo Observatório Nacional de Radioastronomia / 20-02-2020
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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica,
Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for Science and the Public
(SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and
Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa do
projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA.A partir de 2019, tornou-se membro
da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
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Administration (NOAA) e U.S Department of State.
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